數(shù)控機(jī)床液壓系統(tǒng)常見故障分析

王宏穎，朱成俊

WANG Hong-ying, ZHU Cheng-jun

（河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，南陽 473009）

0 引言

數(shù)控機(jī)床液壓系統(tǒng)內(nèi)部情況觀察不到，一般較難直接判斷出產(chǎn)生故障的主要原因。本文從液壓系統(tǒng)振動(dòng)和噪聲、液壓系統(tǒng)的沖擊、液壓系統(tǒng)的爬行、液壓系統(tǒng)的卡緊、液壓系統(tǒng)的溫升五個(gè)方面闡述了液壓系統(tǒng)的常見故障。

1 液壓系統(tǒng)振動(dòng)和噪聲

1.1 液壓泵吸油管路的氣穴現(xiàn)象

故障分析：一般石油基液壓油在大氣壓力和室溫下，通常能吸收大約9%(按體積計(jì)算)的空氣。溶解的空氣并不改變流體的粘性。溶解于流體中的空氣量與流體表面接觸的空氣壓力有關(guān)。液壓泵工作時(shí)，如果吸油管路阻力很大，油液來不及填充泵腔，造成局部真空，形成低壓。當(dāng)壓力低到油的“空氣分離壓”時(shí)，工作油液內(nèi)溶解的空氣就大量分解出來，游離成氣泡。如果形成的壓力極低，達(dá)到油的飽和蒸汽壓時(shí)，則油的蒸汽和空氣一起大量析出，形成油的沸騰現(xiàn)象。隨著泵的運(yùn)轉(zhuǎn)，這種混在油中的氣泡一起被帶進(jìn)高壓區(qū)。由于高壓作用，氣泡被擊破，然后迅速縮小、溶解和消失。在氣泡被擊破的瞬時(shí)，局部范圍產(chǎn)生幅值很大的高頻沖擊力，有時(shí)可高達(dá)150～200Mpa，還伴隨有局部高溫。這種高頻液壓沖擊作用，一方面要對(duì)元件的金屬表面引起破壞作用，產(chǎn)生金屬剝落、麻點(diǎn)等所謂“氣蝕”現(xiàn)象，另一方面使泵產(chǎn)生很大的壓力波動(dòng)，激發(fā)成高頻噪聲。

排除方法：

1）增加吸油管直徑，減少或避免吸油管道的彎曲，以降低吸油速度，減少管道阻力；

2）選用適當(dāng)?shù)奈蜑V油器，并且要經(jīng)常檢查清洗，避免阻塞；

3）液壓泵的吸入高度要盡量小 （＜500mm)；

4）避免因油的粘度過高而產(chǎn)生吸油不足；

5）使用正確的配管方法。

1.2 液壓泵的吸空現(xiàn)象

故障分析：液壓泵的吸空主要是指泵吸進(jìn)的油中混有空氣。這種現(xiàn)象的發(fā)生不僅容易引起氣蝕，增加噪聲，而且還影響液壓泵的容積效率，使工作油液容易變質(zhì)，所以這是液壓系統(tǒng)中不允許存在的現(xiàn)象。產(chǎn)生吸空現(xiàn)象的原因還有：油箱中的油液不足；吸油管浸入油箱太淺；吸油泵吸油位置太高；油液粘度太高；液壓泵的吸油口通流截面過小，造成吸油不暢；濾油器表面被污物阻塞；管道泄漏或回油管沒有浸入液面以下而造成大量空氣進(jìn)入油液中。

排除方法：

1）液壓泵本身及吸油管連接處要嚴(yán)格密封。

2）油箱中要設(shè)置隔板，延長氣泡從油中分離的時(shí)間?；赜凸芤?的斜切口面朝箱壁并盡可能遠(yuǎn)離液壓泵吸入并靠近箱壁插入油中?；赜土魉俨粦?yīng)太高。

3）吸油管一定要浸入油箱的2/3深度處，盡量縮短吸油管長度，有效地防止過量空氣浸入。

2 液壓系統(tǒng)的沖擊

2.1 液流換向時(shí)產(chǎn)生的沖擊

當(dāng)換向閥移到中間位置時(shí)，壓力油液突然與液壓缸切斷，此時(shí)由于運(yùn)動(dòng)部件及液流的慣性作用，使液壓缸一端油腔中的油液受到壓縮，壓力突然升高，而另一端油腔中壓力下降，形成局部真空。因此液流換向時(shí)便產(chǎn)生液壓沖擊。為此，換向閥閥芯控制邊作成錐角，或開軸向三角槽，錐角一般可取 ～ ，錐長視密封邊長度而定，使換向閥換向時(shí)，液流運(yùn)動(dòng)狀態(tài)逐漸改變。

2.2 節(jié)流緩沖裝置失靈引起的液壓沖擊

1）液壓端部緩沖 內(nèi)圓磨床工作臺(tái)換向緩沖結(jié)構(gòu)設(shè)置在工作缸的一端，當(dāng)工作臺(tái)移到端點(diǎn)時(shí)，緩沖柱塞進(jìn)入端蓋的柱塞孔內(nèi)，使孔內(nèi)油液經(jīng)節(jié)流槽回油箱，使工作臺(tái)逐漸制動(dòng)。當(dāng)緩沖柱塞外與端蓋柱塞孔因磨損而配合間隙過大時(shí)，制動(dòng)錐或制動(dòng)三角緩沖槽不起緩沖作用，便會(huì)形成較大的液壓沖擊。對(duì)此應(yīng)修復(fù)或研配緩沖柱塞，可根據(jù)柱塞孔的實(shí)際尺寸，確定其配合間隙，在將緩沖柱塞磨圓后，鍍一層硬鉻，再磨至所需尺寸精度。

2) 帶節(jié)流閥的緩沖裝置 在組合機(jī)床所使用的液壓缸常帶節(jié)流閥的緩沖裝置。當(dāng)活塞移動(dòng)到行程終點(diǎn)時(shí)，活塞上的緩沖柱塞與液壓缸端蓋上的柱塞孔配合間隙較小，無緩沖油液通過，使緩沖柱塞端的油液經(jīng)端蓋小孔回油，而在小孔的通路上設(shè)置可調(diào)節(jié)的節(jié)流閥，以使活塞運(yùn)動(dòng)緩沖。如果調(diào)節(jié)不當(dāng)或堵塞，也會(huì)產(chǎn)生液壓沖擊。類似的緩沖裝置在磨床上也常用。

3）電動(dòng)換向閥換向沖擊 為了消除電動(dòng)換向閥換向動(dòng)作快而產(chǎn)生的換向沖擊，可改換成電液換向閥組，使換向時(shí)有過渡過程，以減小換向沖擊。

3 液壓系統(tǒng)中的“爬行”

“爬行”是液壓傳動(dòng)中經(jīng)常出現(xiàn)的不正常運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。輕微地“爬行”使運(yùn)動(dòng)件產(chǎn)生目光不易覺察的振動(dòng)，顯著的“爬行”使運(yùn)動(dòng)件產(chǎn)生大距離地跳動(dòng)。“爬行”現(xiàn)象是很有害的，因此消除“爬行”現(xiàn)象對(duì)于改善液壓系統(tǒng)穩(wěn)定性和提高機(jī)床加工精度是非常重要的。

3.1 驅(qū)動(dòng)剛性差引起的“爬行”

故障分析：空氣進(jìn)入油液中后，一部分溶于壓力油液中，其余部分就形成氣泡浮游在壓力油中。因?yàn)榭諝庥袎嚎s性，使液壓油產(chǎn)生明顯的彈性，造成驅(qū)動(dòng)剛性差而引起 “爬行”。空氣混入液壓系統(tǒng)中的原因是：

1）在往復(fù)運(yùn)動(dòng)的零件之間，需要有一定的配合間隙，空氣易從這些間隙混入。

2）液壓管接頭松動(dòng)或密封不嚴(yán)，空氣由此進(jìn)入系統(tǒng)中。

3）液壓元件的精度差，密封件性能不良而造成各種泄漏。

4）吸油管設(shè)置不當(dāng)而吸入空氣，或因被污物堵塞而形局部真空。

5）油箱中油液不足或吸油管插入深度不夠造成吸油時(shí)吸入空氣。

6）液壓系統(tǒng)中局部壓力低于空氣的分離壓力，使溶于油液中的空氣分離出來。

7）系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理，在機(jī)床停止工作時(shí)，液壓缸左、右腔互通并通回油路，油液在位能作用下流回油箱，在系統(tǒng)中形成局部真空，空氣從各個(gè)渠道進(jìn)入系統(tǒng)。針對(duì)上述故障排除方法：

1）在制造和修配零件時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格達(dá)到公差要求，裝配保證配合間隙。

2）緊固各管道連接處，防止泄漏。

3）均勻緊固各接合面處的連接螺釘，密封墊應(yīng)均勻，不允許用多層紙墊。

4）油箱中進(jìn)出油管應(yīng)保持一定的距離，也可增加隔板使之隔開。

5）清除附著于濾油器上的臟物，應(yīng)采用容量足夠的濾油器。

6）油箱要保證足夠油液，使之不低于油標(biāo)指示線。

7）為了保證系統(tǒng)中各部分能經(jīng)常充滿油液應(yīng)在泵出口處安裝單向閥，在回油路上設(shè)置背壓閥。

8）改進(jìn)液壓系統(tǒng)，設(shè)法防止系統(tǒng)中出現(xiàn)局部真空，并設(shè)置必要的排氣塞或放氣閥。

3.2 液壓元件間隙大而引起的“爬行”

3.2.1 運(yùn)動(dòng)件低速運(yùn)動(dòng)引起的“爬行”

運(yùn)動(dòng)件低速運(yùn)動(dòng)時(shí)，一旦發(fā)生干摩擦，阻力增加。這時(shí)要求液壓泵提高壓力，但由于液壓泵間隙大而嚴(yán)重漏油，不能適應(yīng)執(zhí)行元件因阻力的變化而形成的壓力變化而產(chǎn)生“爬行”。此時(shí)應(yīng)修復(fù)或更換液壓泵內(nèi)的零件，保證裝配要求的間隙，以減少液壓泵的泄漏。

3.2.2 控制閥失靈引起的“爬行”

各種控制閥的阻尼孔及節(jié)流口被污物堵塞，閥芯移動(dòng)不靈活等，使壓力波動(dòng)大，造成推力或流量時(shí)大時(shí)小而產(chǎn)生 “爬行”。因此要經(jīng)常保持油液清潔，定期清洗并更換，加強(qiáng)元件的維護(hù)保養(yǎng)，以防液壓油污染。

3.2.3 元件磨損引起的“爬行”

由于閥類零件磨損，使配合間隙增大，部分高壓油與低壓油互通，引起壓力不足。另外液壓缸活塞與缸體內(nèi)孔配合間隙因磨損而增大，發(fā)生內(nèi)泄漏，使液壓缸兩腔壓差減小，以致推力減小，致使在低速時(shí)因摩擦力的變化而產(chǎn)生 “爬行”。具體措施是認(rèn)真檢驗(yàn)配合間隙，研配或重做元件，保證配合間隙，并更換已損壞的封件。

3.3 孔摩擦阻力變化引起的“爬行”

3.3.1 潤滑油不良引起的“爬行”

潤滑不充分或潤滑油選用不當(dāng)會(huì)引起“爬行”。因此應(yīng)調(diào)節(jié)潤滑油的壓力與流量，油的流量應(yīng)適當(dāng)，否則會(huì)使運(yùn)動(dòng)件上浮而影響加工精 。

3.3.2 液壓缸出現(xiàn)故障引起的“爬行”

液壓缸中心線與導(dǎo)軌不平行，活塞桿局部或全長彎曲，缸筒內(nèi)圓被拉毛刮 ，活塞與活塞桿不同軸，缸筒精度達(dá)不到技術(shù)要求，活塞兩端油封調(diào)整過緊等因素會(huì)引起“爬行”。采取措施是逐項(xiàng)檢驗(yàn)液壓缸的精度及損傷情況，并進(jìn)行修復(fù)或更新。液壓缸安裝精度應(yīng)符合技術(shù)要求。

3.3.3 導(dǎo)軌引起的“爬行”

機(jī)床導(dǎo)軌精度達(dá)不到規(guī)定要求，局部金屬表面直接接觸，油膜破壞，出現(xiàn)干摩擦或半干摩擦。由于修刮或配磨，使金屬面接觸不良，油膜不易形成。這種情況常出現(xiàn)在新機(jī)床或刮研導(dǎo)軌的機(jī)床中。另外多導(dǎo)軌出現(xiàn)接頭不平，導(dǎo)軌油槽結(jié)構(gòu)形式不合理，也易產(chǎn)生“爬行”。具體措施是重新修復(fù)導(dǎo)軌。在修刮導(dǎo)軌前，應(yīng)校正機(jī)床安裝水平。若兩導(dǎo)軌面接觸不良，可在導(dǎo)軌接觸面上均勻地涂上一層薄薄的氧化鉻，手動(dòng)對(duì)研，以減少刮研點(diǎn)所引阻力，對(duì)研后必須清洗干凈，并加上一層潤滑油。

3.3.4 導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)故障引起“"爬”

當(dāng)導(dǎo)軌間隙的楔鐵或壓板調(diào)得太緊或彎曲，也易造成 “爬行”。應(yīng)當(dāng)重新調(diào)整，配刮，使運(yùn)動(dòng)件無阻滯現(xiàn)象。

4 液壓系統(tǒng)中的卡緊

液壓系統(tǒng)中產(chǎn)生液壓卡緊，一般是指當(dāng)閥芯停止運(yùn)動(dòng)一段時(shí)間 (大約2～5min)后，產(chǎn)生很大阻力，致使閥芯重新移動(dòng)十分困難。這種現(xiàn)象容易增加滑閥的磨損，降低元件的使用壽命，同時(shí)會(huì)使系統(tǒng)運(yùn)行產(chǎn)生不良后果。

4.1 油液中極性分子的吸附作用

在產(chǎn)生液壓卡緊之后，由于油液中的極性分子的吸附作用，使液壓卡緊現(xiàn)象會(huì)在稍長的時(shí)間才會(huì)消失。

4.2 雜質(zhì)楔入間隙引起的液壓卡緊

油液中雜質(zhì)楔入間隙也會(huì)形成液壓卡緊。因此應(yīng)在閥芯上開有環(huán)形平衡槽，又稱均壓槽，以減小徑向不平衡力。同時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制閥芯與閥孔的制造精度，配合間隙要合理，過大會(huì)增加泄漏，過小則會(huì)在溫度過高時(shí)，閥芯會(huì)因熱膨脹卡死。另外要精密過濾油液，保證油液的潔凈度。

4.3 徑向力不平衡引起的液壓卡緊

液壓滑閥副幾何形狀誤差和同軸度變化引起徑向不平衡的液壓力，是產(chǎn)生液壓卡緊的主要原因。

5 液壓系統(tǒng)中的溫升

1）液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理

液壓系統(tǒng)在工作過程中有大量壓力損失而使油溫過高，諸如液壓元件規(guī)格選用不合理；系統(tǒng)中存在多余的元件和回路；節(jié)流方式不當(dāng)；系統(tǒng)在非工作過程中，無有效的卸荷措施，使大量的壓力油損耗而使油液發(fā)熱。因此可針對(duì)上述不合理設(shè)計(jì)，給予改進(jìn)完善。

2）壓力損耗大使壓力能轉(zhuǎn)換為熱能最常見的是管路設(shè)計(jì)、安裝不合理，致使壓力損失加大管路保養(yǎng)清洗不及時(shí)所造成。應(yīng)在調(diào)試、維護(hù)時(shí)給予改善。

3）容積損耗大而引起的油液發(fā)熱

應(yīng)在液壓泵、各連接處、配合間隙等處，防止內(nèi)外泄漏、減少容積損耗。

4）機(jī)械損耗大而引起的油液發(fā)熱

機(jī)械損耗經(jīng)常是由于液壓元件的加工精度和裝配質(zhì)量不良，安裝精度差、密封件安裝不當(dāng)而造成的。特別是密封件松緊調(diào)整要合理，使得密封裝置密封性能良好，主要從改進(jìn)密封結(jié)構(gòu)，并按規(guī)定的壓縮量調(diào)整，以減少摩擦阻力。

5）壓力調(diào)整過高而引起的

不能在不良的工況下，采用提高系統(tǒng)壓力來保證正常工作。這樣會(huì)增加能量損耗，使油液發(fā)熱。

[1]武蘊(yùn)馥,等.淺談機(jī)床液壓系統(tǒng)的常見故障及檢查方法.機(jī)床與液壓.2006.

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